Le ceramidi e la riparazione della barriera cutanea danneggiata

Comprendere cosa significhi realmente la riparazione della barriera cutanea attraverso il modello "a mattoni e malta".

Scorrendo la lista della spesa per la cura della pelle, troverete le "ceramidi" praticamente ovunque. Sono presenti in creme riparatrici della barriera cutanea, sieri rigeneranti e creme idratanti di emergenza stagionali. Oggi, le ceramidi sono diventate quasi sinonimo di riparazione della barriera cutanea.

Tuttavia, conoscere il nome non significa comprendere appieno queste molecole. Perché le ceramidi sono diventate uno degli ingredienti chiave associati alla riparazione della barriera cutanea?

Nella struttura “a mattoni e malta” dello strato corneo, i corneociti agiscono come i “mattoni”, mentre le ceramidi, il colesterolo e gli acidi grassi liberi formano la “malta” intercellulare. Questi tre componenti lavorano insieme, ma ognuno ha un ruolo distinto [1]:

Ceramidi : svolgono un ruolo di primo piano nell'assemblaggio delle strutture lamellari lipidiche e sono componenti fondamentali della barriera cutanea.

Colesterolo : regola la flessibilità dei lipidi e contribuisce a mantenere l'elasticità delle membrane.

Acidi grassi liberi : contribuiscono a stabilire e mantenere l'ambiente leggermente acido della superficie cutanea.

Se ceramidi, colesterolo e acidi grassi liberi sono tutti componenti essenziali di questa "malta", perché le ceramidi sono diventate il fulcro della riparazione della barriera cutanea? La risposta risiede nella loro proporzione all'interno dei lipidi dello strato corneo e nelle differenze tra le sottoclassi di ceramidi.

01. Quasi il 50%: perché le ceramidi sono un componente fondamentale della barriera cutanea

Nei lipidi intercellulari dello strato corneo di un individuo sano, le ceramidi rappresentano circa il 40%-50% del totale, il colesterolo circa il 25%, gli acidi grassi liberi circa il 15% e altri lipidi circa il 10%.

Composizione dei lipidi intercellulari nello strato corneo umano sano [1]:

Tuttavia, questa proporzione di quasi il 50% rappresenta solo il contenuto totale di ceramidi. La pelle umana contiene almeno 12 sottoclassi di ceramidi, tra cui NP, AP ed EOP. [2] Le differenze nelle basi sfingoidi, nella lunghezza delle catene di acidi grassi e nei modelli di idrossilazione determinano i ruoli distinti delle singole sottoclassi.

Ceramide NP : un componente chiave a supporto della barriera cutanea. Contribuisce a rafforzare la coesione tra i corneociti e a rinforzare la barriera fisica della pelle.

Ceramide AP : un componente coinvolto nella regolazione dell'idratazione. Contribuisce a supportare i processi di idratazione cutanea e a mantenere il normale ricambio dello strato corneo e l'equilibrio idrico.

Ceramide EOP : un componente di ancoraggio strutturale. Il suo acido grasso ω-idrossi a catena ultralunga può legarsi covalentemente ai corneociti, contribuendo a migliorare la stabilità meccanica e l'integrità strutturale della pelle.

Le misurazioni cliniche indicano che la pelle con funzione barriera compromessa, come la pelle delle persone affette da dermatite atopica, può mostrare non solo una riduzione del contenuto totale di ceramidi, ma anche diminuzioni in specifiche sottoclassi e squilibri nelle proporzioni relative delle diverse sottoclassi.

Questo mette in luce un equivoco comune nella formulazione dei prodotti per la cura della pelle: l'aggiunta di una ceramide a una formula non significa necessariamente che la barriera cutanea sia stata riparata efficacemente.

La struttura molecolare dell'ingrediente, inclusa la lunghezza della sua catena carboniosa e la compatibilità con i lipidi naturali della pelle, influenza la sua capacità di integrarsi nel "cemento" intercellulare della barriera cutanea o di formare semplicemente una pellicola occlusiva temporanea sulla superficie della pelle.

02. Somiglianza strutturale naturale: perché le strutture molecolari compatibili con la pelle sono importanti

Le diverse fonti di ceramidi possono presentare differenze significative nelle loro proprietà e caratteristiche strutturali.

Estrazione derivata da piante o animali : la composizione risultante può essere complessa, rendendo difficile riprodurre con precisione la struttura degli sfingolipidi dello strato corneo umano. Anche la variazione da lotto a lotto può essere sostanziale, mentre la produzione su larga scala può incontrare alcune limitazioni. [3]

Sintesi chimica tradizionale : la struttura stereochimica del prodotto desiderato potrebbe non corrispondere completamente a quella degli sfingolipidi umani presenti in natura, con conseguente formazione di sottoprodotti indesiderati.

Analoghi delle ceramidi : la loro struttura molecolare è semplificata. Sebbene possano avere effetti idratanti, la loro struttura rimane diversa da quella delle ceramidi umane presenti in natura.

Viablife sviluppa ceramidi utilizzando la biologia sintetica e l'ingegneria metabolica. I ricercatori impiegano lieviti geneticamente modificati e fonti di carbonio rinnovabili come il glucosio per simulare le reazioni enzimatiche che avvengono nella pelle umana.

Il processo genera innanzitutto sostanze precursori compatibili con la pelle, come la fitosfingosina. Questi precursori vengono poi sottoposti a biotrasformazione, raffinazione e purificazione per produrre componenti ceramidici con strutture molto simili ai lipidi presenti nello strato corneo umano.

Per chi sviluppa formulazioni, il significato pratico di questa tecnologia è chiaro: ceramidi strutturalmente simili potrebbero distribuirsi e integrarsi negli spazi tra i corneociti dopo l'applicazione, partecipando all'assemblaggio del "malta" lipidico lamellare anziché rimanere semplicemente sulla superficie cutanea come una pellicola oleosa.

La barriera cutanea non è un sistema isolato: la relazione bidirezionale tra ceramidi e mantello acido

La selezione di ceramidi con strutture molecolari biocompatibili è solo il primo passo. La barriera cutanea non è un sistema chiuso e isolato; è strettamente connessa all'ambiente leggermente acido della superficie cutanea. Le ceramidi e il pH della pelle hanno una relazione protettiva reciproca.

La pelle sana in genere mantiene un pH superficiale di circa 4,5-5,5, che è leggermente acido. Molte persone sanno che il mantello acido aiuta a mantenere il microbioma cutaneo, ma potrebbero trascurare la sua influenza diretta sui processi di sintesi delle ceramidi della pelle stessa. [4]

Due enzimi chiave nello strato corneo sono la β-glucocerebrosidasi e la sfingomielinasi acida. La loro attività ottimale si verifica nel normale ambiente acido fisiologico della pelle. Questi enzimi convertono i precursori lipidici in ceramidi funzionali, contribuendo a costruire la "malta" intercellulare della barriera cutanea.

L'uso frequente di detergenti per il viso altamente alcalini può innalzare il pH della pelle e inibire l'attività di questi enzimi. Di conseguenza, la produzione di ceramidi da parte della pelle potrebbe diminuire, interferendo potenzialmente con la sua capacità di riparazione endogena.

Questa relazione funziona in entrambe le direzioni. Un apporto adeguato di ceramidi può anche aiutare a mantenere la stabilità dell'ambiente acido della pelle. [5]

Gli esperimenti in vitro hanno dimostrato che:

A pH 5,5 (un ambiente acido fisiologico) : le miscele di ceramidi possono assemblarsi in strutture dense e multilamellari.

A pH 7,4 (ambiente neutro) : le strutture lamellari si disorganizzano, rendendo difficile la formazione di membrane multistrato dense. La protezione di barriera diminuisce significativamente e la perdita d'acqua transepidermica (TEWL) aumenta notevolmente.

L'essenza della cura della pelle sta nel rispettare i processi fisiologici naturali della pelle stessa.

Una riparazione efficace della barriera cutanea non si limita all'aggiunta di un ingrediente di tendenza. Richiede la considerazione di una combinazione appropriata di sottoclassi di ceramidi, strutture molecolari naturalmente simili in grado di integrarsi nelle strutture lipidiche intercellulari, e un ambiente delicato e leggermente acido che supporti l'attività degli enzimi riparatori della pelle.

Per i marchi di prodotti per la cura della pelle e gli sviluppatori di formulazioni, l'approvvigionamento di materie prime a base di ceramidi con strutture ben definite, elevata purezza e qualità di produzione costante è un elemento fondamentale per lo sviluppo di prodotti per la cura della pelle incentrati su un efficace supporto della barriera cutanea.

Riferimenti

[1] Bouwstra JA, Ponec M. La barriera cutanea in stato sano e malato. Biochimica et Biofisica Acta. 2006;1758(12):2080–2095.

[2] Holleran WM, Takagi Y, Uchida Y. Sfingolipidi epidermici: metabolismo, funzione e ruoli nei disturbi della pelle. FEBS Letters. 2006;580(24):5456–5466.

[3] Murakami S, Shimamoto T, Nagano H, et al. Produzione di ceramide-NS umana mediante ingegneria metabolica utilizzando il lievito Saccharomyces cerevisiae. Scientific Reports. 2015;5:16319.

[4] Baker P, Huang C, Rade R, et al. Funzione di barriera cutanea: l'interazione di proprietà fisiche, chimiche e immunologiche. Cells. 2023;12(23):2745.

[5] Nováková A, Ságratová I, Pullmannová P, et al. Il pH acido è necessario per l'assemblaggio multilamellare dei lipidi della barriera cutanea in vitro. Journal of Investigative Dermatology. 2021;141(8):1915–1921.